棋盘山水库输水洞渗漏处理方案研究

白洋

（抚顺市水利勘测设计研究院有限公司，辽宁 抚顺 113000）

水库工程输水洞渗漏对水库效益发挥有重大影响，有较多的因素导致输水洞产生渗漏[1-3]，在进行渗漏治理时，需要充分考虑渗漏的原因、现状及经济等多方面要求，选取合适的治理方案，以保证输水洞防渗治理效果[4-7]。棋盘山水库具有重要的防洪、蓄水作用，根据现场调查，水库输水洞存在渗漏现象，需及时采取防渗措施。

1 输水洞概况及渗漏现状

棋盘山水库输水洞位于大坝右岸，是混凝土有压圆断面隧洞，混凝土衬砌厚度及分布情况见表1。水库输水洞全长283.4 m，洞径3.5 m。输水洞主要承担生态、防洪作用。

表1 输水洞衬砌特性表

根据输水洞衬砌外观质量检测结果得知，输水洞发育多处渗水点，具体情况如下：

1）桩号0+042～0+050 m范围内，输水洞混凝土衬砌查明多处渗水点，渗流痕迹较为明显，渗流量相对较小。该段靠近闸门处排水管漏水严重。

2）桩号0+078 m处混凝土衬砌结构顶部存在1处渗水点，渗流漏水严重。

3）桩号0+113，0+235 m处混凝土衬砌结构右侧各发现1处漏水点，水流流速快，渗漏严重。

4）桩号0+235 m处，输水洞衬砌结构发育环形裂缝，裂缝宽度在0.1～10.0 mm之间，目前未发生渗水现象。

5）输水洞其他区域暂未发现明显的漏水点，但是混凝土衬砌结构渗流痕迹较为明显，大部分区域混凝土保护层破坏严重，存在漏石等现象，部分区域出现剥蚀浅坑，衬砌结构完整性较差。

2 渗漏处理方案比选

输水洞原衬砌结构表面平整度较差，局部破损漏筋，存在较大裂缝和渗水点，且洞内水在内水压力作用下，穿透衬砌薄弱点经山体裂隙外渗，最终可能在坝脚排水沟出露。输水洞前次除险加固采用局部灌浆修补的措施，从目前情况看效果并不理想。因此，此次处理考虑对全洞进行防渗处理以解决渗漏问题。拟比选下列3种洞内防渗方案：

2.1 方案一，不锈钢板内衬

该方案主要借鉴非开挖地下管道不锈钢内衬管道工艺，该工艺在城市市政管道治理工程中应用较多，取得了良好的效果，结构示意图见图1。该方案主要是在原有的输水洞衬砌结构中新加入不锈钢管道，同时在两者的层间缝隙加入填充剂。输水洞原有衬砌结构主要功能是承受管道内、外压；不锈钢管主要功能是防腐蚀和防漏水；填充层使得新形成的结构成为一个整体，保证新结构的强度，提高耐久性。

图1 不锈钢板内衬示意图

2.2 方案二，钢管内衬

方案一中的薄壁钢管无法承担外水压力，导致原衬砌结构可能无法承担外水压力而出现破坏，为解决这一问题，使用内衬钢管承担外、内水压力。经复核计算，棋盘山水库输水洞内径φ 3 500 mm，为保证钢管和原衬砌结构的完整性，考虑钢衬外回填混凝土，钢管外径取φ 3 220 mm。为了保证输水洞的过水能力，在施工时，将原衬砌结构凿毛50.0 mm，保证钢管外壁至原衬砌净尺寸为140.0 mm，衬砌回填自密实混凝土厚190.0 mm。钢衬结构图见图2。

图2 钢管内衬示意图

2.3 方案三，内衬聚脲涂层

根据现场调查，棋盘山水库输水洞表面平整度较差，蜂窝麻面分布较广，长期水力冲蚀作用下，衬砌结构破坏严重，部分区域存在环向裂缝。针对环形裂缝，需采用开槽、灌注环氧砂浆处理。为了保证对输水洞的输水效率，需要对衬砌表面进行打磨，衬砌结构混凝土缺损区域抹涂弹性环氧砂浆，有渗水的区域需进行堵漏处理。伸缩缝是衬砌结构不可缺少的构造措施，伸缩缝质量对输水洞的质量影响较大。因此，为了保证伸缩缝质量，采用内填塞聚氨酯类嵌缝密封料方法，保证结构表面平整；上述工序完成，在输水洞衬砌表面抹涂聚脲涂层，厚度不小于3.0 mm。

2.4 方案比选

从投资、工期、防渗效果、运行影响等因素比较，结果见表2。

表2 防渗处理方案比选

考虑修复工程规模小，安全性要求高，该工程推荐投资小、工期短且不影响运行的方案三。

3 防渗维修方案设计

输水洞防渗处理应按环向帷幕灌浆、伸缩缝密封处理和聚脲涂层处理的工序进行，每道工序完成并经检查合格后，方可进行下道工序施工。

3.1 帷幕灌浆

为防止库水沿洞周山体向下游渗透，在输水洞桩号0+102 m附近设置3排环向灌浆帷幕，形成截水环。帷幕灌浆孔深12.00 m，孔径φ 56 mm，交错布置。灌浆孔排距1.00 m，每排布设15孔，帷幕灌浆压力应考虑埋深、外水压力和岩石完整性，初选压力不超过1 MPa（2～3倍外水压）进行试验，并通过现场试验最终确定灌浆压力。根据施工中具体情况进行调整，以保证施工质量。

单孔扩散半径为1.50 m时，帷幕灌浆环底各孔搭接情况见图3，此时环向孔距为5.72 m，相邻排灌浆孔环向间距2.20 m，可保证12.00 m孔深均能形成封闭体系。

图3 灌浆孔扩散范围图

3.2 伸缩缝密封处理

输水洞为钢筋混凝土衬砌结构，每10.00 m左右设一道伸缩缝，缝宽约20.0 mm，缝内设止水带并填塞沥青木板。经过40余年的运行，在水流冲刷作用下，缝内填充物出现破损。为防止伸缩缝破损影响表面涂层平整度和一体性，须对破损的伸缩缝进行修补，填充物缺失的重新填充聚乙烯泡沫塑料板，表面设聚氨酯类嵌缝密封料，密封料厚度不小于20.0 mm，填充后保持与缝两侧平整。嵌缝密封料与混凝土面的粘结力不应小于0.2 MPa，最大拉伸强度不应小于0.2 MPa，最大伸长率应大于200%。

3.3 聚脲涂层处理

工程双组分聚脲可采用刮涂、涂刷或辊涂的方法施工。缝宽不大于0.2 mm的混凝土裂缝，可在其表面直接涂刷双组分聚脲进行封闭；缝宽大于0.2 mm的混凝上裂缝表面及结构突变处和阴角部位的聚脲涂层，涂层平均厚度宜大于3.0 mm，且应在涂层中增设胎基布。伸缩缝表面的聚脲涂层平均厚度宜大于4.0 mm，且应在涂层中增设胎基布。涂层结构见图4。

图4 聚脲涂层结构图

4 结语

棋盘山水库输水洞存在严重的渗漏现象，影响到水库效益发挥，为改善这一现象，需采取防渗治理措施。结合水库输水洞的实际情况，选取3种方案比选分析，采用内衬聚脲涂层防渗方案作为推荐方案，该方案在保证防渗效果的同时具备一定的耐久性。在工程设计中应结合帷幕灌浆工程，保证输水洞防渗效果，施工过程中需要严格按照施工工艺要求进行，保证施工质量。